DE2901021A1

DE2901021A1 - Lautsprecher

Info

Publication number: DE2901021A1
Application number: DE19792901021
Authority: DE
Inventors: Iii Charles R Barker
Original assignee: Bose Corp
Current assignee: Bose Corp
Priority date: 1979-01-05
Filing date: 1979-01-12
Publication date: 1980-07-24
Also published as: NL7900066A; FR2448272B3; CA1110176A; FR2448272A1

Description

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Lautsprecher

Die Erfindung "bezieht sich auf Maßnahmen zur Verbesserung der Wiedergabe und des Wirkungsgrades von Tieftonlauisprechern und "betrifft im wesentlichen ein neues Gerät und eine neue Technik, um preiswerte und verhältnismäßig kompakte Lautsprecher mit guter Wiedergabe zu bauen. Vom Gesichtspunkt der Erzielung einer "besseren Tonwiedergabe aus gesehen, kann gegenwärtig als "bestes Erzeugnis der BOSE 901 DIRECT/REFLECTXFG-LautSprecher angesehen werden, wie er beispielsweise in der US-Patentschrift 3 582 553 beschrieben ist. Bei diesem Lautsprecher sind mehrere Lautsprechersysteme mit einem weiten Wiedergabebereich in Verbindung mit einer aktiven Kompensationsschaltung mit mehr als 100 Bauteilen vorhanden. Die Verwendung einer Mehrzahl von LautSprechersystemen mit vollem Wiedergabebereich ist nützlich, um hörbare Resonanzstellen zu beseitigen und die Nachteile zu vermeiden, welche mit der Verwendung von Tieftönern, Hochtönern und elektrischen Weichen verbunden sind. Immerhin ist die Verwendung von vielen Lautsprechersystemen und Bauteilen in der Kompensationsschaltung teuer.

Eine hinsichtlich des Aufwandes günstigere Lösung besteht in der Verwendung von einem Tief töner, einem Hochtöner und einer elektrischen Weiche, welche die Signale niedriger Frequenz an den Tieftöner und die Signale höherer Frequenz an den Hochtöner liefert, λ-robei beide Lautsprechersysteme in einem mit Ausgleichsöffnung versehenen Gehäuse angeordnet sind. Pur diese technischen Lösungen ist es typisch, eine sogenannte "Butterworth"-Wiedergabe-Charakteristik

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"vorzusehen, wie sie in der Veröffentlichung "Loudspeakers in Vented Boxes" vom Mai und Juni 1971 von A.H. Thiele, erschienen in JOURNAL· OF THE ATJDIO ENGINEERING SOCIETY auf den Seiten 382 bis 391 und 471 "bis 403 "beschrieben sind. Spezielle Lautsprechersysteme, welche nach diesem Prinzip arbeiten", sind in der Veröffentlichung "A Loudspeaker System Design Utilizing a Six-Order Butterworth Response Characteristic" von Raymond J. Newman in JOTRML OF THE AUDIO ENGINEERING SOCIETY vom Juli/ August 1973, auf den Seiten 450-56 und in der Veröffentlichung "A NEW SET OF SIXTH-ORDER VENTEX-BOX LOUDSPEAKER SYSTEM ALIGNMENTS" von D. B. Keele Jr. im JOURlTAL OF THE AUDIO ENGINEERING SOCIETY vom Juni 1975 auf den Seiten 354 bis 360 beschrieben.

Diese Veröffentlichungen geben die Lehre, die Grundfrequenz des geschlossenen Gehäuses des Tieftöners gleich der Frequenz zu wählen, welche dem Halbleistungs-Punkt eines in einem Gehäuse befindlichen Lautsprechers entspricht, der mit einem Ausgleichsfilter versehen ist, wie er von Thiele als "Alignment 15" angegeben ist. Obwohl bei. diesem Versuch, eine gute Tonwiedergabe zu erzielen, ein verhältnismäßig gleichförmiger Frequenzgang oberhalb des Halbleistungs-Punktes erreicht wird, befriedigt die Wiedergabe bzw. der Wirkungsgrad nicht.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, einen Lautsprecher mit Tieftöner und Hochtöner anzugeben, der einen besseren Wirkungsgrad und eine gute Wiedergabe der tiefen Töne aufweist und mit weaentlich weniger Aufwand herstellbar ist als die bisher hierfür zur Verfügung stehenden Lautsprecher.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine derartige Bemessung der Bauteile, daß die Grundfrequenz des geschlossenen Gehäuses des Tieftöners höher als die Frequenz ist,

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Vielehe dem Halbleistungspunkt, bezogen auf den Bereich einer konstanten Ausgangsleistung dieses im Gehäuse "befindlichen LautSprechers entspricht und daß eine aktive Kompensationsschaltung vorgesehen ist, welche den Frequensabfall auf einer knapp oberhalb der Frequenz des Halbleistungspunktes bis su einer wesentlich unterhalb der Frequenz des HaIbleistungspunktes kompensiert, so daß die abgegebene Leistung dieses Lautsprechers unterhalb dieser unteren Frequenz und der knapp oberhalb des Halbleistungspunktes liegenden Frequenz im wesentlichen konstant (uniform) ist, während der Wirkungsgrad des Lautsprechers wesentlich erhöht ist gegenüber einem Lautsprecher, bei dem die Resonanzfrequenz des geschlossenen Gehäuses gleich ist der Frequenz des Ilalbleistungspunktes.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den TJnteransprüchen gekennzeichnet und werden nachstehend in Verbindung mit den das Verfahren und die Vorrichtung erläuternden Figuren beschrieben. In den schematisch vereinfacht gezeichneten Figuren sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsseichen versehen.

Ss zeigt:

Firg. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Erfindung,

Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lautsprechers,

Fig. 3 eine bevorzugte Ausführungsform der Schaltung des Lautsprechers,

Fig. 4 eine bevorzugte Schaltanordnung zur Erzielung des gewünschten Frequenzganges,

Fig. 5 als Diagramm die vorn Tieftöner des Lautsprechers abgestrahlte Leistung in db als Funktion der Frequenz, und zwar je eine Kurve bei Verwendung einer Schaltung gemäiil Fig. 4 ohne Frequenzatisgleich "bzw. mit 6 db Frequenzausgleich bei 45 Hz bzw. mit 10 db Frequenzausgleich bei Hz,

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BAD ORIGINAL

Pig. 1 zeigt als Blockschaltbild die Schaltung eines erfindungsgemäß ausgeführten Lautsprechers mit den zwei Lautsprechersystemen und den zugehörigen Schaltelementen. Ein bei der Eingangsklemme 11 zugeführtes Eingangssignal wird durch den Tieftöner 12 und den Hochtöner 13 wiedergegeben, die in einem Gehäuse 14 angeordnet sind. Das Signal wird dem Tieftöner 12 und dem Hochtöner 13 über eine aktive Kompensationsschaltung 17, einen Leistungsverstärker 16 und eine elektrische Weiche 15 zugeführt. Die aktive Kompensationsschaltung 17 liefert ein derartiges Signal, daß der Abfall der Wiedergabe des Tieftöners 12 ausgeglichen wird, welcher oberhalb der Resonanzfrequenz für ein geschlossenes Gehäuse des Tieftöners auftritt. ^;

Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Resonanz des Tieftöners 12 bei geschlossenem Gehäuse 81,5 Hz und bei 65 Kz würde ohne die aktive Kompensationsschaltung 17 bereits ein Abfall von 3 db auftreten.

In Ii¹Ig. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgeführten Lautsprechersystems dargestellt. Diese entspricht im we s ent liehen dem BOSE-Latitsprecher-Modell 501, jedoch mit der Ausnahme, daß die Resonanzfrequenz des geschlossenen Gehäuses des Tieftöners von 79 Hz auf 31,5 Hz erhöht wurde, indem die Masse des Tieftöners verringert wurde, z. B. durch Verwendung einer Spule mit weniger Windungen. Diese Verringerung der Windungen und der Hasse erhöht das sogenannte B1 Verhältnis und die Dämpfung, wodurch eine Kompensation mit einem verhältnismäßig billigen Zweipol-lTetzwerk möglich wird. Ein konventionell ausgeführter Tieftöner mit einem Halbleistung s -Punkt bei 40 Hz würde ungefähr das doppelte Volumen des Lautsprechergehäuses erfordern, um dieselbe Dämpfung zu erzielen und würde nur ein Viertel des Wirkungsgrades im mittleren Bandbereich (midband frequency) aufweisen.

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BAD ORIGINAL

η _

Das Gehäuse 14 trägt auf der Vorderseite den Tieftöner 12 und auf einer unter einem Winkel hierzu angeordneten Platte den Hochtöner 13 und eine AusgleichsÖffnung 22. Eine Schallablenkplatte 23 ist an einer Welle 24 "befestigt xxnä mittels eines Knopfes 25 drehbar, um dadurch die Richtung des vom Hochtöner 13 abgestrahlten Schalles zu "beeinflussen.

!ig. 3 zeigt in schematisch vereinfachter Darstellung ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform für die elektrische Weiche 15, wobei die Werte der einzelnen Schaltelemente in der Ügur angegeben sind.

In !ig. 4 ist in schematisch vereinfachter Weise das Schaltbild der aktiven Kompensationsschaltung dargestellt. Das Eingangssignal wird bei Klemme 11 zugeführt und steuert den nachfolgenden Leistungsverstärker 16 zwischen Klemme 32 und Erde. An Klemme 31 wird die Spannung für den Kollektor dieser Zweipol-Emitterfolgeschaltung zugeführt. Typische und bevorzugte Werte für die in !ig. 4 angegebenen Bauelemente werden nachstehend angegeben:

01, 02 0,022/U!

R1, E2 3.3 Megohm

R3 18 kOhm

Ή.4 47 kOhm

Q1 Type 2SC1335

C3, 04 0,022/u!

R5, H6 56 kOhm

Bezogen auf die Wiedergabe bei einer !requenz von 1 kHz liefert die Schaltung gemäß !ig. 4 bei 45 Hz eine um 10 db höhere Wiedergabe, so daß der !requenzgang über das ganze System von 40 Hz bis zu einer über 100 Hz liegenden !requenz innerhalb eines Bereichs von _+ 3 db liegt und bei einem Abfall von

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36 db pro Oktave' bei 42 Hz nur noch, die halbe Leistung abgibt.

In "FIr:. 5 ist graphisch der Frequenzgang der vom Tieftöner abgegebenen Leistung dargestellt. Kurve 41 zeigt den frequenzgang ohne Kompensationssohaltung, wobei ein Abfall von 3 db bei 65 Hz auftritt: Kurve 42 zeigt den Frequenzgang mit einer Kompensation von 6 db bei 45 Hz; Kurve 43 zeigt den Frequenzgang bei einer bevorzugten Ausführungsform der Schaltung mit 10 db Ausgleich bei 45 Hz» v/ob ei ein flacher Frequenzgang zwischen 40 und 100 Hz mit nicht mehr als _+ 3 db Abweichung erzielt wird.

In der eingangs genannten Fachliteratur wird die Lehre gegeben, die Resonanzfrequenz (tuning frequency) f, des geschlossenen Gehäuses gleich der Frequenz f~ des unteren Halbleistungspunktes - bezogen auf den mittleren Bereich konstanter Ausgangsleistung - zu wählen.

Im Gegensatz hierzu ist es ein wichtiges Merkmal der gegenwärtigen Erfindung, die Resonanzfrequenz f, des geschlossenen Gehäuses oberhalb der Halbleistungsfrequenz (half power frequency) f _Ύ des Systems zu wählen, bezogen auf seinen konstanten Ausgangsbereich und dabei eine wesentliche Erhöhung des Wirkungsgrades zu erzielen, und bei Verwendung einer verhältnismäßig billigen aktiven Zweipol-Kompensationsschaltung eine ungewöhnlich gute ΐ/ieäergabe im Bereich der tiefen Frequenzen für einen so preiswerten und kleinen Lautsprecher zu erzielen, so daß die erfindungsgemäß ausgebildeten Lautsprecher mit einem 10-Watt-Leistungsverstärker bei ungewöhnlich hohen Lautstärken die verhältnismäßig tiefen Baßtöne exakt wiedergeben.

Bei einem besonders bewährten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird- ein Hochtöner 13 von 7,62 cm (3 Zoll) verwendet mit einem Widerstand der Tonspule von 8 0hm und einem Tieftöner

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von 20,32 cm (3 Zoll) verwendet mit einem Widerstand der Tonspule von S Ohm. Der Rauminhalt des Gehäuses 14 hat bei einer Länge von 19,32 Kubikdezimeter (o,7 Kuh lief u£) xind die Äusgleichsöffmmg 22 war "bei einem Durchmesser von 6,35 cm (2,5 Zoll) 15,24- cm (6 Zoll) lang.

Im vorstellenden wurde ein neues Gerät und eine neue ^echnik zu einer wesentlichen Erhöhung des Wirkungsgrad es eines preisgünstigen kompakten Hochtöner-Tieftöner-Lautsprechers Toe schrieb en, der für ein so kleines preiswertes Lautsprechersystem eine ungewöhnlich gute Ea ßwi ed ergäbe hat. 3Os ist selbstverständlich, daß Fachleute hiervon mannigfachen Gebrauch machen und manche Änderungen der beschriebenen Ausführungsform Vornehmen können, ohne dabei von dom Grundgedanken der Erfindxmg abzuweichen.

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Claims

Hose Corporation, 100 The Mountain Road, Massachusetts 01701, USA Patentansprüche

1.) Lautsprecher mit einem Tieftöner, wenigstens einen Hochtöner und einer diese beiden speisenden elektrischen Weiche in einem mit Ausgleichsöffnung versehenen Gehäuse, gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung der Bauteile, daß die "Grundfrequenz des geschlossenen Gehäuses des Tieftöners höher als die Frequenz ist, welche dem Halbleistungspunkt, "bezogen auf den Bereich einer konstanten Ausgangsleistung dieses im Gehäuse befindlichen Lautsprechers entspricht und daß eine aktive Kompensationsschaltimg vorgesehen ist, welche den Frequenzabfall auf einer knapp oberhalb der Frequenz des Halbleistungspunktes bis zu einer wesentlich unterhalb der Frequenz des Halbleistungspunktes kompensiert, so daß die abgegebene Leistung dieses Lautsprechers unterhalb dieser unteren Frequenz und der knapp oberhalb des Halbleistungspunktes liegenden Frequenz im wesentlichen konstant (uniform) ist, während der Wirkungsgrad des Lautsprechers wesentlich erhöht ist gegenüber einem LautSprecher, bei dem die Resonanzfrequenz des geschlossenen Gehäuses gleich ist der Frequenz des Halbleistungspunkt e s.

2. Latitsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Kompensationsnetzwerk als Zweipol-Netzwerk ausgebildet ist.

3. Lautsprecher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er als Zweipol-RC-JTetzwerk ausgebildet ist.

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BAD QRIGJNAL

4. Lautsprecher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk einen einzelnen Transistor (Q1) enthält.

5. Lautsprecher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk einen Transistor (Q1) mit wenigstens einer "Basis, einem Emitter und einem Collector enthält, daß ein Emitterwiderstand (R4) zwischen dem Emitter des Transistors (Q1) und einem gemeinsamen Schaltungspunkt, ein Basiswiderst and (R2) zwischen der Basis des Transistors (Q1) und dem gemeinsamen Schaltungspunkt, eine Reihenschaltung eines ersten Kondensators (C1) und eines zweiten Kondensators (C2) zwischen der Eingangsklemme (11) und der Basis des Transistors (Q1) und ein dritter Widerstand (R3) zwischen der Verbindung des ersten Kondensators (C1) und des zweiten Kondensators (C2) einerseits und dem Emitter des Transistors (Q1) vorgesehen sind.

6. Lautsprecher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anordnung von Dämpfungsmitteln derart, daß die als Zweipol-Hetzwerk ausgebildete aktive Kompensationsschaltung eine wirksame Kompensation für den Frequenzabfall bewirkt.

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